MODULARITY & COMPOSITION: AUTOMATING SYSTEM SYNTHESIS Jason - PowerPoint PPT Presentation

MODULARITY & COMPOSITION: AUTOMATING SYSTEM SYNTHESIS Jason Ziglar, PhD Candidate Bradley Department of Electrical and Computer Engineering Dr. Ryan Williams 1 , Dr. Al Wicks 2 1 Laboratory for Coordination at Scale 2 Applied Autonomy and Mechatronics Lab Virginia Polytechnic Institute and State University

MODULAR COMPONENTS ARE INESCAPABLE • Component-based systems track robotics research ◦ Distributed ◦ Prescriptive ◦ Manual ◦ Messy 2

INTEGRATION IS UNIVERSAL • Complex robot design can’t/shouldn’t be done in one-shot ◦ Or by one person • Integration provides a descriptive step • Challenge is structure 3

PARAMETERIZATION FOR INTEGRATION • Track component development • Descriptive • Manual • Generating structure in the face of limited resources

Context-Aware System Synthesis [arXiv:1706.04580 cs.RO]

COMPONENT MODEL Task Requirements Task LIDAR Pose Maps Obstacle • Tasks & Devices Mapper ROI ◦ Compositional Device Resources Device ◦ Resources RS-232 Ethernet Computer USB • Modules Modules ◦ Regularize functionality over components LIDAR LIDAR LIDAR Filter LIDAR LIDAR RS-232 LIDAR Obstacle Maps LIDAR Interface Mapper 6

SYNTHESIS APPROACH LIDAR LIDAR LIDAR Filter LIDAR Obstacle Maps Mapper RS-232 Perception Ethernet Operator LIDAR Computer Computer LIDAR LIDAR RS-232 LIDAR Interface LIDAR LIDAR Obstacle LIDAR LIDAR Maps GUI Interface Filter Mapper Maps GUI Ethernet Perception RS-232 LIDAR LIDAR LIDAR LIDAR Obstacle Maps GUI Computer Interface Filter Mapper Ethernet Operator Computer LIDAR Maps SLAM IMU Pose 7

ESCHER Video Credit: VT 8

ESCHER OVERVIEW • Built for the DARPA Robotics Challenge • Complex Computing Setup ◦ Optional Field Computing Field ESCHER Computer ◦ Degraded Communications • Complex Software Design • >1.7 million SLOC Operator • 3 middleware systems Control Stations • 3 teams, 5 universities • 9.120s for synthesis 9

ESCHER HARDWARE Manual Synthesized ���������� ���������� ���������� ���������� ������������ ����������� ������ �������������� ��� ������ ��� ������ ������������������ ������ ��� ������ ���� ��������������� ������������� ������ ������ ������ ��������� ���������� ������� ���������� ��������������� �������� �������� �������������� �������� �������������� ��� ���������� �������� �������� ��������������� �������������� ��� ������������������ �������� �������� ��������������� �������� ���������� ���� ������������������� �������� ������ ������ ��������������� ���� ���� ������ �������� ������������������ ���������� ������������� ��������� ������ ������ ������������������ ����������������� ������ ������ ��� ��� ����������� ������ ���� ���� ���������� ������������ ���������� ���������� �������� ������� ����������������� 10

HARDWARE DIFFERENCES 11

SW STRUCTURE Manual Synthesized �������� �������� ���������� ���������� ������������ �������������� ������������ �������������� ����������������� ����������������� ����������� ����������� ��������������� ��������������� ���������������� ���������������� ����������� ����������� ������������������ ������������������ ��������������� ��������������� �������������������������� �������������������������� �������������� �������������� ����������������������� ����������������������� ���������������� ���������������� ������������������� ������������������� �������������� �������������� ������������������ ������������������ ��������������� ��������������� ��������������������� ��������������������� �������������� �������������� ������������������� ������������������� ������������ ������������ ������������� ������������� ������������ ������������ ���������������������� ���������������������� ��������������� ��������������� ��������������� ��������������� ������������������� ������������������� ���������������� ���������������� ���������������� ���������������� ������������� ������������� ��������������������� ��������������������� ������������������ ������������������ ������������������ ������������������ ������������������������ ������������������������ 12

SW DIFFERENCES Manual Synthesized